fenomenologien av fisjon
når en tung kjerne gjennomgår fisjon, kan en rekke fragmentpar dannes, avhengig av fordelingen av nøytroner og protoner mellom fragmentene. Dette fører til sannsynlighetsfordeling av både masse og atomladning for fragmentene. Sannsynligheten for dannelse av et bestemt fragment kalles dets fisjonsutbytte og uttrykkes som prosentandelen av fisjoner som fører til den.
de separerte fragmentene opplever en stor Coulomb frastøting på grunn av deres kjernefysiske ladninger, og de rekyler fra hverandre med kinetiske energier bestemt av fragmentladningene og avstanden mellom ladningssentrene på tidspunktet for scission. Variasjoner i disse parametrene fører til en fordeling av kinetiske energier, selv for samme massesplitt.
de innledende hastighetene til rekylfragmentene er for raske til at de ytre (atomiske) elektronene i fisjoneringsatomet holder tritt, og mange av dem er fjernet. Dermed er atomladningen av fragmentet ikke fullt nøytralisert av atomelektronene, og fisjonsfragmentene flyr fra hverandre som høyt ladede atomer. Når kjernen i fragmentet justerer seg fra sin deformerte form til en mer stabil konfigurasjon, blir deformasjonsenergien (dvs.energien som kreves for å deformere den) gjenvunnet og omdannet til intern eksitasjonsenergi, og nøytroner og raske gammastråler (en energisk form for elektromagnetisk stråling gitt av nesten sammenfallende med fisjonshendelsen) kan fordampes fra det bevegelige fragmentet. Det raskt bevegelige, høyt ladede atom kolliderer med atomene i mediet gjennom hvilket det beveger seg, og dets kinetiske energi overføres til ionisering og oppvarming av mediet når det senker og kommer til ro. Utvalget av fisjonsfragmenter i luft er bare noen få centimeter.
under nedbremsingsprosessen plukker det ladede atom opp elektroner fra mediet og blir nøytralt når det stopper. På dette stadiet i hendelsessekvensen kalles atomet et fisjonsprodukt for å skille det fra det første fisjonsfragmentet dannet ved scission. Siden noen få nøytroner kan ha gått tapt i overgangen fra fisjonsfragment til fisjonsprodukt, kan de to ikke ha samme massenummer. Fisjonsproduktet er fortsatt ikke en stabil art, men er radioaktivt, og det når endelig stabilitet ved å gjennomgå en serie beta-henfall, som kan variere over en tidsskala på brøkdeler av et sekund til mange år. Beta-emisjonen består av elektroner og antineutrinoer, ofte ledsaget av gammastråler og Røntgenstråler.
fordelingen i masse, ladning og kinetisk energi av fragmentene har blitt funnet å være avhengig av fisjonsartene, så vel som på eksitasjonsenergien der fisjonsakten oppstår. Mange andre aspekter av fisjon har blitt observert, og legger til den omfattende fenomenologien til prosessen og gir et spennende sett med problemer for tolkning. Disse inkluderer systematikk av fisjonstverrsnitt (et mål på sannsynligheten for fisjon å forekomme); variasjonen av antall rask nøytroner (se nedenfor) slippes ut som en funksjon av fisjonering arter og den spesielle fragment masse split; vinkeldistribusjon av fragmentene med hensyn til retningen av strålen av partikler som induserer fisjon; systematikk av spontan fisjon halveringstider; forekomsten av spontane fisjon isomerer( eksiterte tilstander av kjernen); utslipp av lette partikler (hydrogen-3, helium-3, helium-4, etc.) i små, men signifikante tall i noen fisjonshendelser; tilstedeværelsen av forsinkede nøytronemittere blant fisjonsproduktene; tidsskalaen som de ulike stadier av prosessen finner sted; og fordelingen av energiutslipp i fisjon mellom partikler og strålinger produsert.
en detaljert diskusjon av alle disse fasene av fisjon og hvordan dataene ble innhentet er ikke mulig her, men noen av dem er behandlet for å gi et innblikk i dette fagområdet og en smak av sin fascinasjon.
Fisjonsfragmentmassefordelinger
fordelingen av fragmentmassene dannet i fisjon er et av de mest slående trekkene i prosessen. Det er avhengig av massen av fisjonskjernen og eksitasjonsenergien der fisjonen oppstår. Ved lav eksitasjonsenergi er fisjonen av slike nuklider som uran-235 eller plutonium-239 asymmetrisk; dvs. fragmentene dannes i en to-humped sannsynlighetsfordeling som favoriserer en ulik deling i masse. Dette er illustrert I Figur 4. Som det vil bli notert, skifter den lette gruppen av fragmentmasser til høyere massetall ettersom massen av fisjonskjernen øker, mens posisjonen til den tunge gruppen forblir nesten stasjonær. Når eksitasjonsenergien til fisjonen øker, øker sannsynligheten for en symmetrisk massesplitt, mens den for asymmetrisk deling reduseres. Dermed øker dalen mellom de to toppene i sannsynlighet (utbytte av formasjon), og ved høye excitasjoner blir massefordelingen enkelt-humped, med maksimalt utbytte ved symmetri (Se Figur 5). Radium isotoper viser interessante trippel-humped massefordelinger, og nuklider lettere enn radium viser en enkelt-humped, symmetrisk massefordeling. (Disse nuklidene krever imidlertid en relativt høy aktiveringsenergi for å gjennomgå fisjon.) For meget tunge kjerner i regionen fermium-260 blir masseutbyttekurven symmetrisk (enkelt-humped) selv for spontan fisjon, og de kinetiske energiene til fragmentene er uvanlig høye. En forståelse av disse massefordelingene har vært en av de store oppgavene for fisjon, og en fullstendig teoretisk tolkning mangler fortsatt, selv om det er gjort mye fremgang (se nedenfor).
Encyclopediaæ Britannica, Inc.